Базы данных разработка и управление

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире организации накапливают или уже накопили в процессе своей административно-хозяйственной деятельности большие объемы данных, в том числе и в электронном виде. Эти коллекции данных хранят в себе большие потенциальные возможности по извлечению новой аналитической информации, на основе которой можно и необходимо строить стратегию организации, выявлять тенденции развития рынка, находить новые решения, обусловливающие успешное развитие в условиях конкурентной борьбы. Для некоторых организаций такой анализ является неотъемлемой частью их повседневной деятельности, другие только начинают активно приступать к нему.

Для хранения, упорядочения и анализа больших объемов информации предназначены комплексы средств, именуемых информационными системами (ИС). Одними из видов таких, сегодня уже автоматизированных информационных систем (АИС), являются базы данных (БД), управляемые с помощью систем управления базами данных (СУБД), и информационно-аналитические системы, предназначенные как для хранения, так и для анализа хранимой информации, изучению которых и предназначен соответствующий раздел курса «Компьютерные информационные технологии».

Основным назначением информационных систем является оперативное обеспечение пользователя информацией о внешнем мире путем реализации отношений типа «вопрос-ответ».

Современные автоматизированные информационные системы:

1)ориентируются на конкретного пользователя, предоставляя ему удобный интерфейс и необходимые для работы функции;

2)должны обеспечивать надежность и продолжительность хранения данных, обладающих разными структурами;

3)должны обладать функциями, обеспечивающими ввод, обновление и удаление данных;

4)должны предоставлять данные для коллективной работы, обеспечивая согласованность их действий.

Поэтому важным является понимание вопросов трудоемкости тех задач, которые стоят перед разработчиками АИС и теми, кто является их конечными пользователями или заказчиками.

3

1 ЦЕЛИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курсовая работа – важный этап обучения студента, где проявляются навыки ведения самостоятельной работы и овладения методикой проектирования и реализации задач по созданию автоматизированных информационных систем (АИС), основанных на базах данных (БД). При выполнении работы закрепляются теоретические знания, полученные при изучении курса. В ходе выполнения курсовой работы развивается индивидуальное творческое мышление студента и проявляются его способности к самостоятельному выбору и применению систем управления базами данных (СУБД) для решения задач в области баз данных.

Целью выполнения курсовой работы является:

–закрепление получаемых теоретических знаний;

–привитие навыков по информационному поиску и использованию необходимых материалов по исследуемой теме из научно-технической и справочной литературы;

–развитие навыков практического применения теоретических знаний для решения конкретных задач на базе самостоятельно спроектированной базы данных;

–привитие навыков самостоятельного изучения программного продукта и умения инсталляции необходимого программного обеспечения на персональный компьютер;

–освоение правил оформления курсовой работы в соответствии с требованиями, установленными стандартом высшего учебного заведения (вуза).

Темы курсовых работ определяются кафедрой, которая ведет дисциплины «Информационные таможенные технологии» и «Компьютерные информационные технологии» и отражает один из разделов этих курсов – управление базами данных в деятельности таможенных органов и технологии организации, хранения и обработки данных.

Курсовая работа состоит из двух частей: теоретическая и практическая. Теоретическая часть направлена на проведение обзора и изучение совре-

менных технологий, применяемых при проектировании, разработке и эксплуатации автоматизированных информационных систем. Студент кратко описывает изученные по литературным источникам компьютерные информационные технологии, применяемые при разработке современных информационных систем. Если имеется возможность применить изученные технологии в практической части курсовой работы, это должно быть отражено в задании.

Практическая часть направлена на закрепление изученного материала и разработку небольшого приложения по управлению базой данных, построенной на основе спецификаций задания. Студент выполняет индивидуальное задание (или задания для группы студентов, но с индивидуальными спецификациями

4

для каждого студента) по созданию базы данных в заданной предметной области и разработке приложения по управлению этими данными. Приложение должно демонстрировать разработанные таблицы и запросы (представления), иметь дружественный интерфейс и позволять создавать отчетные документы для возможности проведения дальнейшего анализа данных. Наличие элементов автоматизации и применения клиент-серверных технологий позволит разработать реальный прототип информационной системы, который может стать основой для дальнейшего его развития в дисциплинах специализации, курсовом и дипломном проектировании.

Выбор среды разработки остается за студентом: или изучаемая в курсе, или может быть выбрана самостоятельно. При создании базы данных в системах MS SQL Server необходима разработка хранимых процедур, курсоров, триггеров и демонстрация работы с ними, а также других возможностей по защите и управлению данными в клиент-серверных СУБД.

Примерная тематика практической части курсовых работ:

1)разработка информационно-справочных систем и автоматизированных систем учета данных в определенной предметной области;

2)автоматизация рабочего места (АРМ).

В соответствии с выбранной темой курсовой работы руководитель работы выдает студенту задание (Приложение В), в котором указывается тема, исходные данные для выполнения работы (спецификации), определяется содержание работы, сроки выполнения курсовой работы, а также согласовывается календарный график выполнения отдельных этапов и всей работы.

Консультации проводятся в соответствии с утвержденным на кафедре графиком.

5

2 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

Необходимость изучения современных технологий работы с накопленной информацией обусловлена тем, что системы управления базами данных существуют уже много лет, многие из них обязаны своим происхождением системам с неструктурированными файлами на больших ЭВМ. Наряду с общепринятыми современными технологиями в области систем управления базами данных начинают появляться новые направления, что обусловлено требованиями растущего бизнеса, все увеличивающимися объемами корпоративных данных и, конечно же, влиянием технологий Internet.

Концепция баз данных (БД) как метод представления и накопления данных в электронном виде сформировалась к середине 60-х годов прошлого века в фирме IBM. В 1969 году была создана первая СУБД для управления и манипулирования данными как самостоятельными информационными объектами. В 1970 году была предложена реляционная модель данных для БД, и на ее основе начали создаваться популярные ныне реляционные СУБД. В рамках реляционной модели с единых позиций были решены многие проблемы операционной (транзакционной) обработки данных.

С середины 80-х годов прошлого столетия стали интенсивно накапливаться электронные информационные массивы данных организаций, корпораций, научно-исследовательских учреждений. Ведущие мировые корпорации создали огромные электронные массивы конструкторской документации и документации по управлению производством. В это же время возникло четкое понимание, что сбор данных в электронном виде – не самоцель, а накопленные информационные массивы могут быть полезны. Первыми осознали этот факт в области управления бизнесом и производством. В накопленных данных организации находится «информационный снимок» хронологии ее поведения на рынке. Анализ истории административно-хозяйственной деятельности организации позволил существенно увеличить эффективность ее управления, эффективно организовать взаимоотношения с клиентами, производство и сбыт.

К ключевым факторам, определяющим развитие СУБД, относятся следующие:

−увеличение объемов данных и появление новых стандартов представления и обмена данными;

−появление новых типов данных (как структурированных, так и неструктурированных) – XML, электронной почты, календарей, файлов, документов, географических данных и т. п. в дополнение к традиционным типам данных, поддерживаемым на уровне баз данных и файловой системы;

−существенное снижение стоимости хранения самих данных, появление новых устройств хранения данных и уменьшение размеров накопителей.

6

В процессе своего развития приложения все больше и больше включают поддержку различных типов данных. Для обеспечения работоспособности таких приложений нужна соответствующая платформа, которая позволяла бы безопасно хранить такие данные, выполнять по ним поиск, анализировать их, синхронизировать и т. д.

2.1 Понятие предметной области

Понятие предметной области базы данных является одним из базовых понятий информатики и не имеет точного определения. Предметная область определяет ту часть реального мира, которая будет моделироваться и реализовываться в системах оперативной обработки данных или справочно-аналити- ческих системах. Предметные области в базах данных формируются в соответствии с направлениями деятельности организации и определяют наиболее общие вытекающие из ее семантики критерии и требования к системе. Чтобы определить список предметных областей для таких систем, необходимо определить основные виды деятельности организации – например, продажи, производство, клиенты и т. д.

Проектирование базы данных представляет собой процесс отображения исследуемых явлений реального мира, называемых предметной областью, в виде данных в памяти компьютера. Основная цель проектирования базы данных – это сокращение избыточности хранимых данных, а следовательно, экономия объема используемой памяти, уменьшение затрат на многократные операции обновления и устранение возможности возникновения противоречий изза хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте. Перед созданием БД следует располагать описанием предметной области, а также иметь информацию для удовлетворения запросов пользователя и потребности в обработке данных. На основе такого описания на этапе проектирования определяется состав и структура данных предметной области.

Анализ предметной области позволяет выделить ее сущности, определить первоначальные требования к функциональности и границы проекта.

2.2 Этапы проектирования базы данных

Проектирование БД разбивают на два основных этапа: инфологическое (концептуальное) и даталогическое, которое, в свою очер едь, подразделяется на логическое проектирование и физическое.

На этапе инфологического проектирования имеет место восприятие реальной действительности, абстрагирование, изучение и описание предметной области. Целью концептуального проектирования является разработка БД на основе описания предметной области. Это описание должно содержать совокупность документов и данных, необходимых для загрузки в БД, а также сведения об объектах и процессах, характеризующих предметную область. Это может быть за-

7

фиксировано с помощью диаграмм потоков данных (Data Flow Diagrams – DFDдиаграмм). Разработка БД начинается с определения состава данных, подлежащих хранению в базе для обеспечения выполнения запросов пользователя. Далее производится их анализ и структурирование.

На этапе логического проектирования производится организация выделенных данных в форму, принятую в выбранной СУБД. Целью логического проектирования является преобразование концептуальной модели в логическую. Для реляционной БД этот этап состоит в разработке структуры объектов, определении связей между ними и выявлении ключевых реквизитов. Результат – построение диаграмм «сущность–связь» (Entity Relationship – ER-диаграмм). Далее для построения оптимальной структуры базы данных проводится процесс нор-

мализации.

Этап физического проектирования дополняет логическую модель характеристиками, которые необходимы для определения способов физического хранения и использования БД, объема памяти и типа устройства для хранения. Результат – построение структуры таблиц с описанием типов данных и их декларативных ограничений.

2.3 Основные понятия ER-диаграмм

Основным средством разработки логической модели данных в настоящий момент являются различные варианты ER-диаграмм (Entity Relationship, диаграммы «сущность–связь»). ER-диаграмма позволяет графически представить все элементы логической модели согласно простым, интуитивно понятным, но строго определенным правилам – нотациям.

Термины, которыми оперирует реляционная модель данных, имеют соответствующие «табличные» синонимы, представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Соответствие реляционных и табличных терминов

8

Определение 1. Сущность – это класс однотипных объектов, информация о которых должна быть учтена в модели.

Каждая сущность должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном числе. Примерами сущностей могут быть такие клас-

сы объектов как Преподаватель, Студент, Отдел.

Определение 2. Экземпляр сущности – это конкретный представитель данной сущности. Например, представителем сущности Преподаватель может быть Преподаватель Егоров.

Экземпляры сущностей должны быть различимы, т. е. сущности должны иметь некоторые свойства, уникальные для каждого экземпляра этой сущности.

Определение 3. Атрибут сущности – это именованная характеристика, являющаяся некоторым свойством сущности. Наименование атрибута должно быть выражено существительным в единственном числе (возможно, с характеризующими прилагательными). Примерами атрибутов сущности Преподава-

тель могут быть такие атрибуты как Табельный номер, Фамилия, Имя, Отчество, Должность, Зарплата и т. п.

Определение 4. Ключ сущности – это неизбыточный набор атрибутов, значения которых в совокупности являются уникальными для каждого экземпляра сущности. Неизбыточность заключается в том, что удаление любого атрибута из ключа нарушает его уникальность. Сущность может иметь несколько различных ключей.

Определение 5. Связь – это некоторая ассоциация между двумя сущностями. Одна сущность может быть связана с другой сущностью или сама с собою. Связи позволяют по одной сущности находить другие сущности, связанные с нею. Например, связи между сущностями могут выражаться следующими фразами – «ПРЕПОДАВАТЕЛЬ может вести несколько ПРЕДМЕТОВ», «каждый СТУДЕНТ обязан числиться ровно в одной ГРУППЕ».

Каждая связь может иметь один из следующих типов связи: «один-к- одному», «один-ко-многим» ими «многие-к-одному», «многие-ко-многим».

Связи могут быть обязательными или необязательными. При выделении связей акцент делается на выявление их характеристик. При создании связи в одной из сущностей, называемой дочерней сущностью, создается новый атрибут, называемый внешним ключом. Связь должна именоваться глаголом или глагольной фразой, где имя связи выражает некоторое ограничение или бизнесправило и облегчает чтение диаграммы.

2.4 Способы документирования ER-модели

База данных создается в несколько этапов, на каждом из которых необходимо согласовывать структуру данных с заказчиком и, что самое важное, подвергать созданную структуру данных экспертизе внутри команды, которая создает систему. Поэтому представление данных должно быть простым и понят-

9